基于电子产品有害物质检测研究

【摘 要】 本文以电子产品有害物质的范围确定和分析入手，从应对RoHS指令的检测流程、筛选原理和步骤等方面阐述了电子产品有害物质初步筛选方案制定，并重点分析了电子产品有害物质的检测和分析流程，最后结合具体实例论述了电子产品引发的环境污染，并提出了电子产品有害物质处理方案：电子产品生产过程中要遵循有害物质的控制标准、电子产品在报废后的有效处理、从科技水平出发，逐渐提高电子产品的有害物质使用标准等，以供广大读者参考。

【关键词】 电子产品  有害物质  检测

电子产品在当今社会有着广泛应用，其在为人们生活提供便利的同时也造成了很大的环境污染，通过调查显示，我国有很多地方的土壤、水质、空气等都受到电子产品中重金属、合成材料的污染，这对人们健康有着非常大的危害，所以有必要从电子产品有害物质的检测方面进行控制，从而为人们健康提供保证。

1 电子产品有害物质的范围确定和分析

电子产品是由多种零部件组合而成，各零部件也是由塑料、陶瓷、玻璃等物质构成的，而电子产品处理器则是由重金属、电解质等物质构成，所以对电子产品有害物质的检测就是对这些材料的检测，其有害物质的取值范围要在国家标准范围内量化，然后再对这些有害物质进行分析。

1.1 电子产品有害物质的范围确定

样品采集是确定有害物质范围的重要环节，主要是因为电子产品的种类和使用材料都过多，差异性也很大。本文主要利用RoHS指令对电子产品进行检测，铅、苯、铬等元素化学物是电子产品中使用最多的几项，所以主要对这些有害物质进行限量。

RoHS指令是2003年欧盟官方发布的，在确定电子产品有害物质范围方面有很大的权威性。RoHS在SN标准方面的最新进展主要是2011年发布了新的检测标准体系，为电子电气产品中的6种有害物质的检测提供了系统的技术支撑，同时在其他有害物质坚持方法标准上也有相关规定，这为我国电子产品打破国外技术性贸易壁垒有着非常大的标准基础作用。RoHS在SJ标准方面的最新进展主要是2006年我国正式颁布的三个配套标准，这些标准对电子信息产品中有毒有害物质的限制和禁止采用了目录管理的方式，打印机、移动电话和固定电话成为管理目录中的新产品。RoHS在GB标准方面的最新进展是我国标准委在2007年成立的电子产品与系统的环境标准化技术委员会，并且为了配合国家认监委而发布了相应的实施意见，在2011年又开始考虑建立有害物质检测标准体系，关于邻苯二甲酸酯的方法已经制定完成并批准。

如表1所示，关于铅、锡、汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯等六种有害物质的限量标准分别为1000、100、1000、1000、1000、1000，RoHS对这些有害物质的限量标准都是衡量电子产品能否安全达标的具体参数。

1.2 电子产品有害物质的分析

目前国际上对电子产品有害物质的检测都是参照一些发达国家的标准分析方法，欧盟的标准是其中比较有权威性的，也是应用比较广泛的一种，本文根据国际知名企业标准收集整理的数据来分析，并参照RoHS指令对电子产品六种有害物质的测试方法规定。类似铅及其化合物、铬及其化合物、及其化合物这些的有害物质，其材质主要包括塑料、橡胶、油漆、墨水等有机类同质材料及金属材料，样品处理方法采用EPA METHOD3050 13、EYA METHOD3052、EN 1122-2001;分析方法采用ISO11885，分析设备有ICY-MS、ICY-AES、AAS等。类似六价铬这样的有害物质，其材质主要包括金属材料、表面处理材料等，样品处理方法是UEYA METHOD 3060A，分析方法为EYA METHOD 7196A。类似多嗅二苯醚塑半（Y13DE）和多休联苯（PBB）这样的有害物质，其材质主要是塑造，测试方法采用EYA METHOD 1614，而分析设备利用HRGC/MS高分辨气相色谱质谱。

2 电子产品有害物质初步筛选方案制定

由于电子产品中化学物质过多，浓度分布范围很大，如果采用精密的仪器来分析测试的有害物质，就需要很多化学溶液，这样就会产生很大的成本，所以在使用RoHS指令符合性测试时，可以采用EDXRF方法来进行初步扫描测试，这样就可以达到快速筛选的目的。

2.1 应对RoHS指令的检测流程

RoHS在这一检测流程中对有害物质的含量要求为：如果物质属于均匀状态，那么Pb、PBB和PBDE的浓度应该控制在0.1wt%以内，Cd的浓度应该控制在0.01wt%以内。初步筛选时对安全判据也有一定要求，并且根据不同的样品类别进行划分，对于金属材料样品来说，其安全极限值应该控制在30%以内;对于电子产品类别来说，这一范围可以扩大到50%以内。如果测试结果没有在上述两种值域内，那么就说明与RoHS指令是否符合还处于未定状态。

另外一方面，Br是用来表征PBDE和PBB是否存在的可能性，但是EDXRF结果并不是分子结构，而是以元素来呈现的，所以如果Br含量过高，那么就不能说明样品中PBB和PBDE的含量是否存在，因为Br是否已其他形式存在并不能得到排除。

对于那些还没有确定的情况就可以选择比较复杂的精密仪器来确证，首先要做的步骤就是对样品进行溶解，比如可以采用微波辅助萃取的办法来制作样品，然后对样品进行测试，主要是利用各种光谱测试方法在溶液中进行测试。比如在对一个手机充电器的六种RoHS指令限制物质进行测试时，我们可以发现，这一产品的结构比较复杂，其中包含了70种以上的零部件，经过EDXRF进行初步筛选后，可以确定有很多零部件内都没有包括上文提到的六种有害物质，这样就可以省去很大的人力物力，对降低成本有很大作用，然后在对那些没有定论的样品进行仪器分析测试。

2.2 筛选原理和步骤

EDXRF检测的筛选原理主要是：利用高能X射线来撞击样品，受到撞击的样品原子内层轨道的电子会选择逃逸，然后就留下了空位。另外一方面，外层轨道的电子能量较高，能够迅速上升到内层轨道留下的空位，在这一迁跃过程中会辐射出具有能量的X射线荧光光子。比如电子从一层迁跃到另一层后，会释放荧光，当X光子射到探测器后就可以形成空穴，而电子和空穴的对时就可以形成电脉冲，而其幅度与X光子的能量之间呈现正比例关系。荧光X射线在发射后可以在半导体探测器检测中呈现依次排列，然后得到一系列与光子能量呈现正比例的脉冲，这样就可以按照脉冲幅度的大小来统计脉冲数量。

另外一方面，X射线荧光频率的平方根和原子序数之间也呈现正比关系，所以可以根据其强度得到定量和定性的结果，数据显示在操作屏幕上，而检测后的结果就可以存储在检测仪器中，以供日后下载使用。对样品设备来说并没有什么特别大的要求，程序也比较简单，但是为了确保测试准确性高，样品必须具备一定的厚度，同时还要保持均匀和清洁。如果样品比较薄后者呈现颗粒状结构，那么就需要堆积后放置到测试仪的样品杯中，厚度在5mm以上。RoHS指令对浓度的要求是均匀物质，所以不能采用进一步拆分的物质，本文认为应该由一种或者多种物质组成一致的材料。在实际运行中经常会出现均与物质和普通物质的不易区分，所以就不能认为那些无法进一步拆分的部件为均匀材质，而是要对样品进行简单拆分和处理后才能使用。比如在对四周扁平封装器件进行分析时，其主要包括塑封、基板、芯片体和引脚四个结构，而内部导线、金丝等部件的含量都比较少，并且都符合RdHS的指令要求，这样就可以只对上述四种进行测试。EDXRF是一种非毁坏性的测试，但是由于操作方法和所用设备的不同，在具体操作时需要根据技术手册来执行，并且要严格采用其推荐的参数，这样才可以提高测试的准确有效性。

3 电子产品有害物质的检测和分析流程

我国在电子产品有害物质检测方面有着比较规范的操作流程，只有按照这一流程操作才能真正将有害物质区分出来，并得到有效处理，通过上文分析的初步筛选方案制定后就可以进行有害物质的检测，其流程主要包括取样、样品处理和仪器分析三个步骤，详细来说主要是：

3.1 电子产品有害物质的取样

根据上文分析的电子产品具有很大的复杂性，所以就不能对所有部件进行检测，并且摘取那些比较有代表性的样品进行检测。取样是电子产品有害物质检测分析的基础环节，也是最为核心的环节，如果没有做到科学合理的取样就不能做出科学的判断，那么电子产品有害物质的处理就没有任何意义，也不能得出电子产品有害物质的各种参数，说明整个检测过程是失败的。电子产品的取样方案要根据具体电子产品才能确定，如果电子产品属于同样材质的，那么取样就比较简单，只需要对那些不同点进行判定了就可以;如果电子产品是不同材质的，并且内部结构比较复杂，那么对有害物质进行检测时就要对各种铜线、外皮等进行取样分析。

3.2 样品分析前处理

样品分析前处理是对样品进行物理或者无机元素的处理，前者主要是对样品的大小或者形状等方面进行处理，主要是为了仪器处理和仪器分析时比较方便，而后者主要是利用萃取原理对电子产品的样品进行分离，然后选取那些将要检测的元素，但是在进行无机元素处理时不能让元素发生化学反应，主要是因为化学反应会导致很多元素的化学性质发生变化，这样对整个电子产品有害物质的检测和分析都会产生不利影响。

3.3 有机化合物的样品处理和仪器分析

如果电子产品中含有塑料，那么检测难度就会加大，主要是因为塑料是一种聚合物，在检测样品过程中需要将主要化合物萃取处理，然后再进行净化和过滤成具体化合物后才能进行检测和分析。有机化合物色谱的检测时对有机化合物检测的首要环节，可以分离出有害的有机化合物;然后就可以对样品中的有机化合物进行处理，并通过不同的分析仪器得出电子产品中有害物质的含量和合格程度。

4 结合实例论述电子产品引发的环境污染

我国是一个电子产品生产大国，很多发达国家都把自己品牌的生产地选在中国，在为我国国内生产总值做出贡献的同时，也给我买国家的环境污染和人类健康造成了很大危害，这很大一部分原因都是由于电子产品中包含的有害物质产生的，所以有必要分析这些电子产品有害物质造成的环境污染，并提出相应的解决措施。

4.1 土壤重金属污染状况

重金属是电子产品中重要的有害物质，对土壤会产生很大的污染，其中Cu、Zn、Pb、Cd是最主要的污染源，如果在对土壤样本分析中发现偏度系数在-1～1之间，那么就可以确定样本呈现正太分布。在对土壤重金属污染情况进行分析时要借助于统计学的相关知识，根据有关部门对我国2013年土壤受污染情况的分析可以发现，在土壤样品中重金属的平均含量依次为，Cu：118mg/kg、Zn：169mg/kg、Pb：47.9mg/kg、Cd：1.21mg/kg，这些数值都在当地背景值之上，这就说明土壤重金属含量过大，并且这种受污染程度在逐年增大，据不完全统计显示，Cu、Pb、Zn、Cd超过自然值的概率分别为92.9%、85.8%、90.4%和61.4%，

这些都是土壤环境污染三级标准，急需解决方案。

4.2 电子产品材料的选用污染

根据上文分析我们知道，电子产品在取材方面比较广泛，涉及到金属、塑料、木材等各个方面，并且由于自身固有的因素，这些材料在使用时必然含有特定的有害有毒物质，铅、铬、汞等都是其中最为严重的代表，多嗅联苯和多嗅二苯等有机物对环境的破坏力度更大，并且会产生持久性的污染物。具体来说，电子产品材料的选用污染主要包括两个方面：第一就是在选用和制造具体材料过程中，如果操作人员在对材料进行操作时没有按照正确的方法，那么就会因为过度接触有害物而造成自身健康受到危害;另外一方面表现在电子产品中还有的有害物对自然环境也有产生很大的危害，再加上目前我国对现代垃圾处理模式不是太健全，很多垃圾都采用不合理的焚烧方式，这样对土壤、水质、空气都会造成很大的破坏。

5 电子产品有害物质处理方案

我国提出可持续发展的目标已经有了很长时间，这一发展战略要求我国对电子产品有害物质处理时要按照低碳环保的理念，并且要坚持以人为本的原则，在环境保护机构和电子产品生产企业双方面努力下对电子产品有害物质进行处理，具体来说在处理过程中要遵循的原则包括：

5.1 电子产品生产过程中要遵循有害物质的控制标准

控制有害物质的生产是从最根本上对电子产品有害物质处理的方案，生产是第一环节，也是产生有害物质的源头，所以为了提高电子产品的科技含量和减少有害物质的含量，就需要对产品部件的生产技术进行革新，保证部件产品在使用过程中不会对人体健康造成大的危害，从而落实可持续发展中以人为本的核心。

5.2 电子产品在报废后的有效处理

电子产品都有一定的使用周期，这也是新陈代谢的必然结果，所以在对报废的电子产品处理过程中需要采用比较专业的处理办法， 主要措施包括：首先不能仅仅遵循常规的处理方式，因为只使用常规的处理方案必然会造成更为严重的环境污染，所以需要采用更为科学合理的办法，比如经过回收后再利用则是目前比较流行的一种处理方式，这样也有利于循环经济的整体发展，对维持环境也有很强的保障。

5.3 从科技水平出发，逐渐提高电子产品的有害物质使用标准

提高电子产品的科技含量也是一种比较有效的处理方式，目前我国很多科学家都在开展电子产品材料的更新，让污染更为微小的材料运用到电子产品中，从而达到提高科技水平、减少有害物质含量的目的。规定使用标准就可以从制度上对电子产品中有害物质含量进行限制，这样有利于我国有害物质处理正规化、系统化。

6 结语

通过以上分析可以看出，电子产品在信息化发展的当今社会，虽然带来了很大的便利，但是也产生了严重的环境问题，重金属和各种合成次啊了的使用是电子产品造成危害的重要原因，所以需要进行一定的分类管理，从而避免电子产品有害物质的危害。通过对有害物质的具体检测表明，要首先针对现在的材料进行具体检测，然后再对有害物质进行量化处理，最后对有害物质分析和判定，并采取合理科学的措施来解决。

参考文献

[1]董娟.国内电子电气产品有害物质检测方法标准化进展[J].信息技术与标准化，2009（3）：8-9.

[2]钟伟.电子产品中有害物质的测试与环境性能评估研究[D].武汉理工大学，2007.

[3]王素彬.有害物质过程管理体系的应用研究[D].厦门大学，2007.

[4]傅丹萍.欧盟关于电子电气设备中限制使用某些有害物质指令应对研究[D].河北工业大学，2007.

[5]朱梅兰，肖艾林.浅析电气绝缘用塑料产品有害物质检测标准及技术[J].电气技术，2008（6）：12-15.

[6]张玉军.DY公司供应商有害物质管理研究[D].兰州大学，2011.

[7]王沛，黄帅.关注电子产品有害物质检测[J].进出口经理人，2012（5）：46-47.

[8]武海云.2012电子电气产品中有害物质检测技术国际论坛召开[J].信息技术与标准化，2012（5）：12.

[9]2012电子电气产品有害物质检测技术国际论坛[J].安全与电磁兼容，2012（3）：13.

[10]窦一杰.电子行业绿化供应链实现途径的博弈及评价模型[D].大连理工大学，2011.

[11]卢鸯.新型样品前处理技术在纺织品有害物质检测中的应用研究[D].浙江大学，2014.

[12]龙水云.基于WBS的笔类产品有害物质控制研究[D].浙江工业大学，2012.

作者简介：陈奋忠（1963—），男，福建福州人，高级工程师。